Erdbebensichere Passivhaus-Residenz

Mehrgeschosser
Erdbebensichere Passivhaus-Residenz
Die „Résidence Jules Ferry“ steht in einem Erdbebengebiet. Damit die Gebäude
einem Beben standhalten, haben sie ein Tragwerk aus Brettsperrholz-Elementen
mit Stützen und Trägern. Die Wandelemente sind reißverschlussartig zugeschnitten und
das Ganze ist mit Stahllaschen, Blechen und Zugstangen zusammengespannt.
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mikado 9.2014
Ingenieurholzbau Mehrgeschosser
ASP ARCHITECTURE
D
ie Résidence Jules Ferry in der
lothringischen Kleinstadt SaintDié-des-Vosges (Frankreich) steht in
einem Erdbebengebiet der Zone 3.
Das Ensemble aus einem drei- und
einem achtgeschossigen Gebäude
ist ein Nachverdichtungsprojekt in
Holzbauweise, das sich städtebaulich
bestens in die Umgebung einfügt. Als
Passivhaus ist es zudem ein energetisches Vorzeigeprojekt der Region.
„Le Toit Vosgien“, Bauherr und
Vermieter des Objekts, folgte von Anfang an dem Grundsatz, Wohnbauten in Holz zu errichten. Der soziale
Wohnkomplex umfasst 26 Wohnungen, davon 19 im Acht- und sieben
im Dreigeschosser.
Da mehrgeschossige Holzbauten in
Frankreich dank Weiterentwicklung
der technischen Anweisung IT249
(Instruction Technique 249 – hier
geht es vor allem um den Brandschutz in Wohnhäusern) seit 2010
auch baurechtlich kein Problem mehr
darstellen, stand dem Projekt nichts
im Wege.
Für den Achtgeschosser galt es,
eine statisch effektive Konstruktion zu entwickeln, die den maximal
möglichen Erdbebenlasten nicht nur
standhält, sondern das Gebäude auch
so schützt, dass es danach weiterhin
gebrauchstauglich ist, das heißt bewohnbar.
◂ Seit Anfang
2014 ist die
Résidence Jules
Ferry, ein
sozialer Wohnbau
der Extraklasse,
bezogen. Das
Ensemble
im Passivhausstandard umfasst einen
Drei- und einen
Achtgeschosser
Flächentragwerk mit Stützen und
Trägern kombiniert
Architekt Antoine Pagnoux von ASP
architecture aus Saint-Dié-des-Vosges hat schon öfter für „Le Toit Vosgien“ geplant, sodass ihm die Holzbauweise vertraut ist. In Zusammenarbeit
mit Tragwerksplaner Thomas Steuerwald von BET Ingénierie Bois aus
Bischheim (Frankreich) wählten sie
für das kompakte Gebäude mit rund
23 m Breite, 13 m Tiefe (ohne Loggien) und knapp 23 m Höhe eine Konstruktion aus Brettsperrholz(BSP)-Elementen für Wände und Decken und
kombinierten es mit einem Stützen-/
Träger-System aus Brettschicht(BS)Holz in den beiden inneren Gebäudelängsachsen.
So kann das Gesamttragwerk Horizontal- und Vertikallasten über die
Scheibenwirkung der Wände und
Decken bzw. Vertikallasten über die
Stützen aufnehmen. Gleichzeitig ermöglichten die Stützen und Unterzüge eine ebenso großzügige wie flexible Raumgestaltung.
Dreiteilung des Wohnblocks zur
Schallentkoppelung
Zwei Doppel-Querwände, die die Geschossgrundrisse dreiteilen, markieren auch die vertikale Teilung des
ASP ARCHITECTURE
▸ Raumeindruck
mit sichtbarem Holz:
Stützen
und Unterzüge
erlauben
offene Räume
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ASP ARCHITECTURE
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30/20/24 cm/24 cm, GL24h) herum
ausgespart. Zur direkten Weiterleitung der Vertikallasten von Stütze
zu Stütze hat der Tragwerksplaner
einen speziellen lastdurchleitenden
Stahlknoten entwickelt. Er besteht
aus zwei gegeneinander verdrehten Laschenpaaren, eingeschlitzten
Blechen sowie zwei Lastverteilungsplatten (mit Schalldämmeinlage) in
Deckenebene mit Anschlussblechen
für die jeweiligen Stützen des Stockwerks darüber.
Die Stahlknoten schließlich verbinden die Stützen biegesteif mit
den Unterzügen und dienen Letzteren als Gabellager. So sind die Unterzüge seitlich gehalten, erfahren aber
ebenfalls keine Querpressung durch
die Stützen.
Schallentkopplung
Zur Schallentkopplung ist der Achtgeschosser in drei
vertikale Blöcke geteilt und über Stahllaschen wieder zu
einem statischen Gesamtsystem verbunden
Aussteifung über Scheiben und
Gesamtsteifigkeit über Stahl
SERTELET
Gebäudes in drei Blöcke, die statisch
unabhängig voneinander konzipiert,
aber mechanisch über Stahllaschen
und eingeschlitzte Bleche auf und in
den Außenwänden verbunden sind.
Die als Sandwichkonstruktion mit
Dämmlage ausgeführten Querwände
sorgen für die Schallentkoppelung
zwischen den Geschosswohnungen.
In ihren Achsen, aber in Dämmebene der Außenwände, sind außerdem Zugstangen angeordnet, die
die Wandscheiben über die acht Geschosse zusammenspannen und in
den Fundamenten verankern.
Je Geschoss dienen die Träger bzw.
Unterzüge (b/h = 24 /36 cm, GL24h)
in den zwei mittleren Längsachsen
bzw. die konsolenartigen Randträger (b/h = 28 /50 cm, GL24h) an den
Außenwänden als Auflager für die
Decken-Elemente. Als Dreifeldträger
(3,75 m – 3,65 m – 3,85 m) überspannen sie das Gebäude in Querrichtung.
Damit die Geschossdecken keine Querpressung aus aufstehenden Stützen erhalten, sind die Decken-Elemente um die Stützen (b/h =
▴ Unter http://
tinyurl.com/
qxwc2dl ist die
Montage
des Ensembles im
Zeitraffer
zu verfolgen
mikado 9.2014
In die Ausfräsungen der Plattenränder eingeschraubte Holzwerkstoffstreifen koppeln die etwa 11,25 m
langen, 2,0 bis 2,50 m breiten und
14 cm dicken Decken-Elemente zu
Scheiben. Sie steifen das Gebäude horizontal aus. Die Außenwände
und die beiden Sandwich-Querwände
übernehmen die Vertikalaussteifung.
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Um die notwendige Gesamtsteifigkeit im Erdbebenfall sicherzustellen, mussten die drei Gebäudeblöcke
außerdem untereinander verbunden
werden. Denn jeder der drei „Türme“
wäre für sich genommen zu schlank,
um Horizontallasten infolge Erdbeben in den Baugrund zu übertragen.
Schlitzbleche in und Stahllaschen
auf den Außenwänden boten in Kombination mit speziellen Stahlverbindern von SFS intec den erforderlichen kraftschlüssigen Anschluss: Die
Stahllaschen wurden mit SFS-Vollgewindeschrauben aufgebracht. Die
1,40 m hohen und mit selbstbohrenden SFS-Stabdübeln (WS-T-7) in die
Wandscheiben eingebauten Schlitzbleche wurden in den Vertikalfugen
über Bolzen zusammengeschlossen.
Beide Stahl-/Holz-Verbindungen sorgen über die Höhe des Gebäudes für
den erdbebensicheren Verbund.
Wandscheiben als auch zwischen
Stahlteilen und Decken bzw. Stützen oder aber zwischen Stahlteilen
untereinander eingefügt.
Dabei kamen lastbezogen unterschiedlich dichte und unterschiedlich dicke Dämmstreifen zum Einsatz.
Eine eigens dafür erstellte Bemessung
legte jeweils den Wert desjenigen
Komprimierungsmaßes fest, bei dem
ein Dämmstreifen unter einer spezifischen Last und unter Berücksichtigung der jeweiligen Gebäudeverformung seinen besten akustischen
Wirkungsgrad erreicht. Entsprechend
viele Dämmstreifentypen und -dicken gibt es im Gebäude.
Zum korrekten Einbau erhielten
die Bauausführenden einen Positionsplan. Verschiedene Farben halfen
zusätzlich bei der Zuordnung.
Externe Erschließung ist auch
Flucht- und Rettungsweg
Verzahnungen, Zugstäbe und
Stahlbleche nehmen Kräfte auf
Schallentkopplung als zweitwichtigste Planungsgröße
Um die Schallübertragung innerhalb der Geschosse, aber auch geschossübergreifend zu minimieren,
erhielten alle Stöße und Fugen eingelegte Dämmstreifen. Das heißt,
die Dämmstreifen wurden sowohl
zwischen übereinander stehenden
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Dimensionierung sorgt für
sichtbares Holz
Der Eurocode (EC) 8 erlaubt es nicht,
Erdbebenlasten mit vereinfachten
Rechenmethoden zu bestimmen.
Folglich galt es, die Tragstruktur
samt anzusetzender Wind- und Erdbebenlasten per 3D-CAD zu modellieren (verwendetes Programm: Robot). Im iterativen Verfahren fanden
die Ingenieure die korrekten Parameter zur Bemessung der Bauteile und
Anschlüsse.
Fassadenschnitt
45 cm dicke Dämmkästen umhüllen das Tragwerk des im Passivhausstandard geplanten Gebäudes
40 cm Zellulose-Dämmung
Fassadenbekleidung aus
Tonziegeln
Sturz-Verbreiterung aus
BS-Holz
BS-Holz-Randbalken
Fassadenbekleidung aus
unbehandeltem Lärchenholz
45 cm mit Stroh gefüllte
Dämmkästen
Fensterlaibung aus Holz
Dreifach-Verglasung
Konstruktion der vom
Holztragwerk abgekoppelten
Balkone aus
galvanisiertem Stahl
Verschiebung der Fenster in
die Dämmebene
Linoleum
7 cm Estrich
3 cm Schalldämmschicht
7 cm Ausgleichsschicht mit
geringer Dichte
14 cm KLH-Massivholzdecke
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Um Horizontalkräfte infolge Erdbeben aufnehmen zu können, sah das
Tragwerkskonzept zudem reißverschlussartig gefräste Wandkronen
und -unterkanten vor. Die Wandelemente wurden über die Geschosse
hinweg lediglich ineinandergesteckt
(keine Verschraubungen). So lassen
sich horizontale Kräfte in Wandebene durch Kontaktpressung innerhalb
der Verzahnungen übertragen. Treten Kräfte quer zur Verzahnung auf,
wirken die Zugstangen, die die Außenwände zusammenspannen, einem
Kippen entgegen. Die Fundamente
wurden für diese Zugstangenverankerungen entsprechend groß dimensioniert und dienen dem vergleichsweise leichten Gebäude auch
als Gegengewicht bzw. „Anker“.
Den Aufzug in Stahlbeton und
das (Flucht-)Treppenhaus samt
Erschließungsfluren (beide in Stahl)
zu den Wohnungen haben die Planer
auf der Gebäuderückseite als „Anbau“ platziert. Fugen trennen ihn
vom Hauptgebäude. Mit dieser Anordnung und Materialwahl konnte
auch das Thema Brandschutz gelöst
werden. Denn ab einer bestimmten
Gebäudehöhe müssen Flucht- und
Rettungswege aus nichtbrennbaren
Materialien bestehen. Rauchfrei sind
sie als externe Erschließung sowieso.
FOTOS: LIGNATEC
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Die Außenwanddicken der Längswände variieren lastbedingt über die
Geschosse mit 17 cm (vom EG bis
3. OG) und 15,8 cm (vom 4. bis 8. OG).
Die Wände der Gebäudeschmalseiten
dagegen sind mit 12,8 cm überall
gleich bemessen.
Für die schallgedämmten DoppelQuerwände kamen 2 cm × 7,2 cm dicke BSP-Elemente zum Einsatz. Die
Geschossdecken erhielten mit 14 cm
eine konstante Dicke, für die Dachscheibe waren 9,5 cm ausreichend.
Der Achtgeschosser hatte eine Feuerwiderstandsklasse von F60 zu erfüllen. Das konnte für alle Holzbauteile nachgewiesen werden, indem
auf die statisch erforderliche Wanddicke das Dickenmaß dazugeschlagen
wurde, das entsprechend dem rechnerischen Abbrandverhalten innerhalb von 60 Minuten verkohlt.
Im Brandfall tragen die Restquerschnitte also zu 100 Prozent. In diesem Sinne sind die Wände überdimensioniert.
Dafür konnte man auf eine Beplankung mit Gipsfaserplatten verzichten und – wo gewünscht – die
Holzoberfläche sichtbar lassen.
Da ein Brandüberschlag sowohl innerhalb der Fassade, die aus
45 cm dicken, mit Strohballen gefüllten Kästen besteht, als auch von
der Fassade auf die tragende Hülle ins Gebäude ausgeschlossen werden konnte, genehmigte die Brandschutzbehörde bzw. die Feuerwehr in
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Zusammenarbeit mit dem Prüfingenieur diese Lösung.
Hohlkästen mit Strohballen
bilden selbsttragende Hülle
Gestapelt umhüllen die Dämmkästen aus Massivholzplatten das Gebäude und sind so konstruiert, dass
sie sich selbst tragen. Für den Erdbebenfall mussten sie dennoch an den
Außenwänden fixiert und damit die
Verbindungsmittel so ausgelegt werden, dass sie auch die Vertikallasten aus den Dämmkästen aufnehmen
können. Hierfür wählten die Planer
spezielle Schrauben von SFS intec
mit einer wärmedämmenden Kunststoff-Teleskophülse zur Vermeidung
von Wärmebrücken in der Gebäudehülle: TS-T25-6.
Rundum ein Erfolg
◂ Die DoppelQuerwände mit
Dämmlage
erhielten in den
Randbereichen
zusätzliche
Verzahnungen in
Wandebene
Steckbrief
Bauvorhaben:
Résidence Jules Ferry:
Achtgeschossiges Passivhaus in
F-88100 Saint-Dié-des-Vosges
Bauzeit:
Dezember 2012 bis Dezember
2013 (insgesamt: 13 Monate)
Baukosten: ca. 1,1 Mio. Euro
▴ Fügen der
reißverschlussartig verzahnten
Wandelemente
mit Dämmstreifen.
Schrauben
bzw. Schlitzbleche
und Stabdübel
verbinden die
Gebäudeblöcke
Bauherr/Auftraggeber:
Le Toit Vosgien
F-88100 Saint-Dié-des-Vosges
www.toit-vosgien.com
Architektur:
ASP architecture
F-88100 Saint-Dié-des-Vosges
www.asparchitecture.fr
Tragwerks-, Ausführungs- und
Werkplanung:
BET Ingénierie Bois
Thomas Steuerwald
F-67800 Bischheim
Holzbau:
Nach 13 Monaten Bauzeit (vom Spatenstich bis zum Einzug) konnten die
Mieter Anfang Januar 2014 die Résidence Jules Ferry beziehen. Wie
sich herausstellte, ermöglichen die
Passivhäuser ihren Nutzern niedrige Nebenkosten von nur 15 Euro im
Monat. Dass die Gebäude auch noch
erdbebensicher sind, ist ein gutes Gefühl für die Bewohner, die sich trotz
Erdbebenzone 3 gut aufgehoben fühlen in ihrem neuen Domizil.
Dipl.-Ing. (FH) Susanne Jacob-Freitag,
Karlsruhe ▪
mikado 9.2014
◂◂ Lastdurchleitende
Stahlknoten
verhindern die
Querpressung
Lignatec – SAS
F-88100 Remomeix
www.klh.at
Sertelet Yves S.A.R.L.
F-88490 Provenchères-sur-Fave
www.sertelet.com
Verbindungsmittel:
SFS intec GmbH
D-61440 Oberursel
www.sfsintec.biz/de
Abbund KLH-Elemente:
ABA Holz van Kempen GmbH
D-86477 Adelsried
www.aba-holz.de